Artykuł ten został pierwotnie opublikowany pod adresem Rozmowa. Publikacja przyczyniła się do powstania artykułu na stronie Space.com Głosy ekspertów: op-ed i spostrzeżenia.
Jeśli spojrzysz w przestrzeń przez teleskop, zobaczysz niezliczone galaktyki, z których większość posiada duże centra centralne czarne dziurymiliardy gwiazd i towarzyszących im planet. Wszechświat jest pełen ogromnych, spektakularnych obiektów i mogłoby się wydawać, że w tych masywnych obiektach powinna znajdować się większość materii wszechświata.
Ale Teoria Wielkiego Wybuchu przewiduje, że około 5% zawartości Wszechświata powinny stanowić atomy zbudowane z protonów, neutronów i elektronów. Większości z tych atomów nie można znaleźć w gwiazdach i galaktykach – rozbieżność ta zaintrygowała astronomów.
Jeśli nie w widocznych gwiazdach i galaktykach, najprawdopodobniej kryjówką materii jest ciemna przestrzeń pomiędzy galaktykami. Choć przestrzeń często nazywa się próżnią, nie jest ona całkowicie pusta. Pojedyncze cząstki i atomy są rozproszone w przestrzeni pomiędzy gwiazdami i galaktykami, tworząc ciemną, włóknistą sieć zwaną „kosmiczna sieć.”
Na wskroś moją karierę astronomabadałem tę kosmiczną sieć i wiem, jak trudno jest wyjaśnić materię rozprzestrzeniającą się w przestrzeni.
W badaniu opublikowanym w czerwcu 2025 r. zespół naukowców wykorzystał unikalną technikę radiową do zakończenia spisu normalnej materii we wszechświecie.
Spis normalnej materii
Najbardziej oczywistym miejscem poszukiwania normalnej materii są gwiazdy. Powaga gromadzi gwiazdy w galaktykia astronomowie mogą policzyć galaktyki w całym obserwowalnym wszechświecie.
Spis obejmuje kilkaset miliardów galaktyk, z których każda składa się z kilkuset miliardów gwiazd. Liczby są niepewne, ponieważ czai się wiele gwiazd poza galaktykami. To szacunkowo 1023 gwiazd we wszechświecie, czyli setki razy więcej niż liczba ziarenka piasku na wszystkich plażach Ziemi. Istnieją szacunki 1082 atomy we wszechświecie.
Jednakże ta kolosalna liczba w dużym stopniu nie uwzględnia całej materii przewidywanej przez Wielki Wybuch. Staranna księgowość wskazuje, że gwiazdy zawierają tylko 0,5% materii we wszechświecie. Prawdopodobnie dziesięć razy więcej atomów unosi się swobodnie w przestrzeni. Zaledwie 0,03% materii to pierwiastki inne niż wodór i helw tym węgiel i wszystkie elementy składowe życia.
Patrząc pomiędzy galaktykami
The ośrodek międzygalaktyczny – przestrzeń pomiędzy galaktykami – to prawie całkowita próżnia, z gęstością jednego atomu na metr sześcienny, czyli jeden atom na każde 35 stóp sześciennych. To mniej niż jedna miliardowa z miliardowej gęstości powietrza Ziemia. Nawet przy tak bardzo małej gęstości tego rozproszonego ośrodka daje dużo materii, biorąc pod uwagę ogromną długość 92 miliardów lat świetlnych średnica wszechświata.
Ośrodek międzygalaktyczny to bardzo gorącoo temperaturze milionów stopni. To sprawia, że trudno jest obserwować z wyjątkiem Teleskopy rentgenowskieponieważ bardzo gorący gaz promieniuje przez Wszechświat w temperaturze bardzo krótkie fale promieniowania rentgenowskiego. Teleskopy rentgenowskie mają ograniczoną czułość, ponieważ są mniejsze niż większość teleskopów optycznych.
Astronomowie wykorzystali niedawno nowe narzędzie do rozwiązania problemu brakującej materii. Szybkie impulsy radiowe to intensywne podmuchy fal radiowych, które w ciągu milisekundy mogą wyemitować tyle energii, ile Słońce emituje w ciągu trzech dni. Naukowcy odkryli po raz pierwszy w 2007 roku, że rozbłyski są spowodowane zwartymi pozostałościami gwiazd w odległych galaktykach. Ich energia zanika, gdy rozbłyski przemieszczają się przez przestrzeń, a zanim energia dotrze do Ziemi, jest tysiąc razy słabsza niż sygnał telefonu komórkowego, gdyby został wyemitowany na Księżycu, a następnie wykryty na Ziemi.
Badania przeprowadzone na początku 2025 r. sugerują, że źródło wybuchów to obszar silnie magnetyczny wokół ultrakompaktowej gwiazdy neutronowej. Gwiazdy neutronowe to niezwykle gęste pozostałości masywnych gwiazd, które zapadły się pod wpływem własnej grawitacji po wybuchu supernowej. Szczególnym typem gwiazdy neutronowej emitującej rozbłyski radiowe są: zwany magnetaremz polem magnetycznym tysiąc bilionów razy silniejszym niż ziemskie.
Chociaż astronomowie nie w pełni rozumieją szybkie rozbłyski radiowe, mogą to zrobić użyj ich do sondowania przestrzenie pomiędzy galaktykami. Gdy rozbłyski przemieszczają się w przestrzeni, interakcje z elektronami w gorącym gazie międzygalaktycznym preferencyjnie spowalniają dłuższe fale. Sygnał radiowy jest rozproszony, podobnie jak pryzmat zamienia światło słoneczne w tęczę. Astronomowie wykorzystują wielkość rozproszenia do obliczenia ilości gazu, przez który przeleciał wybuch w drodze na Ziemię.
Zagadka rozwiązana
w nowe badanieopublikowanej w czerwcu 2025 r., zespół astronomów z Caltech i Harvard Center for Astrophysics zbadał 69 szybkich rozbłysków radiowych za pomocą układu 110 radioteleskopów w Kalifornii. Zespół to odkrył 76% normalnej materii Wszechświata leży w przestrzeni między galaktykami, a kolejne 15% w aureole galaktyk – obszar otaczający widoczne gwiazdy w galaktyce – a pozostałe 9% to gwiazdy i zimny gaz w galaktykach.
Pełne zestawienie normalnej materii we wszechświecie stanowi mocne potwierdzenie teorii Wielkiego Wybuchu. Teoria przewiduje obfitość normalnej materii powstał w ciągu pierwszych kilku minut istnienia Wszechświata, więc odzyskując przewidywane 5%, teoria przechodzi krytyczny test.
Zaobserwowano już kilka tysięcy szybkich rozbłysków radiowych, a m.in nadchodząca seria radioteleskopów prawdopodobnie zwiększy wskaźnik wykrywalności do 10 000 rocznie. Tak duża próbka sprawi, że szybkie impulsy radiowe staną się potężne narzędzia kosmologii. Kosmologia to nauka o wielkości, kształcie i ewolucji wszechświata. Rozbłyski radiowe mogą wykraczać poza liczenie atomów mapowanie struktury trójwymiarowej kosmicznej sieci.
Wykres kołowy wszechświata
Naukowcy mogą teraz mieć pełny obraz rozmieszczenia normalnej materii, ale większość Wszechświata wciąż składa się z materii, której nie do końca rozumieją.
Najobficiej występującymi składnikami we wszechświecie są ciemna materia i ciemna energia, które są słabo poznane. Ciemna energia powoduje przyspieszającą ekspansję wszechświataI ciemna materia to niewidzialny klej spajający galaktyki i wszechświat.
Ciemna materia jest prawdopodobnie wcześniej niezbadanym typem cząstka podstawowa to nie jest część standardowy model fizyki cząstek. Fizycy nie byli jeszcze w stanie wykryć tej nowej cząstki, ale wiemy, że istnieje, ponieważ według ogólna teoria względnościmasa zagina światło i daleko bardziej soczewkowanie grawitacyjne jest widziane, niż można to wytłumaczyć widzialną materią. Dzięki soczewkowaniu grawitacyjnemu gromada galaktyk zagina i powiększa światło w sposób, który jest analogicznie do soczewki optycznej. Ciemna materia przewyższa konwencjonalną materię ponad pięciokrotnie.
Jedna zagadka może zostać rozwiązana, ale większa tajemnica pozostaje. Chociaż ciemna materia nadal jest zagadkowa, wiemy już dużo o normalnych atomach, z których składa się człowiek, i o otaczającym nas świecie.
